Diseño ug Simulasyon sa mga Direkta nga Aktuador nga Mekanismo sa Permanenteng Magnetiko alang sa Solid-Insulated RMUs

1.Permanent Magnet Mechanism Design

Tungod sa mataas nga pangangailangan alang sa pagpugos sa solid-insulated ring main units (RMUs), ang tradisyonal nga single permanent magnet mechanisms nga may tulo-phaseng interlocking dili na makapulbi sa kabuok nga pangangailangan sa pagpugos sa equipment. Taliwala, ang gipang disenyo nga permanent magnet mechanism hingpit isip tulo-phaseng independent direct-acting structure. Ang bawat phasa sa arc extinguishing chamber unit gi integrally cast sa casting body sa RMU ug gitambong sa permanent magnet mechanism pinaagi sa insulating rod sa linear configuration. Ang opening counterforce spring gi posisyon sa drive shaft sa bawat phasa sa permanent magnet mechanism. Ang kabuok nga struktura sa usa ka direct-acting permanent magnet mechanism makita sa Figure 1, ug ang assembly schematic diagram niini sa solid-insulated RMU makita sa Figure 2.

2.Mathematical Model of the Permanent Magnet Mechanism Drive Circuit

Ang gipang disenyo nga direct-acting permanent magnet mechanism based sa principle sa single-stable state permanent magnet mechanism. Gi employ niini ang drive method diin ang energized capacitor mag-discharge aron mobulag ang permanent magnet mechanism. Ang circuit diagram makita sa Figure 3, diin ang C mao ang capacitor nga gamiton alang sa pag-drive sa permanent magnet mechanism, ang R mao ang equivalent resistance sa coil sa permanent magnet mechanism, ug ang L mao ang equivalent inductance sa coil.

Ang dynamic characteristics sa single-stable permanent magnet mechanism satisfy ang system of differential equations makita sa Equation (1):

diin ang i mao ang opening o closing current sa coil (A); u_C mao ang initial voltage sa charging capacitor (V); R mao ang equivalent resistance sa coil (Ω); C mao ang capacitance sa charging capacitor (F); ψ mao ang total magnetic flux linkage sa electromagnetic system (Wb); m mao ang equivalent mass sa moving parts referred sa moving core (kg); x mao ang displacement sa moving core (m); v mao ang velocity sa moving core (m/s); F_x mao ang electromagnetic force acting sa moving core (N); F_f mao ang counteracting force sa moving core (N). Sa pag-solve kini nga system of equations, makakuha kita sa dynamic characteristics sa permanent magnet mechanism.

3.Counterforce Equivalence

Ang primary counterforces sa ring main unit's circuit breaker kinahanglan ang contact pressure sa arc extinguishing chamber ug ang opening spring force sa permanent magnet mechanism. Kini nga counterforces equivalently referred sa moving core sa permanent magnet mechanism. Ang arcing chamber adunay contact opening distance nga 9.5 mm ug over-travel nga 2.5 mm, ug ang kabuok nga mechanism stroke nga 12 mm. Ang counterforces sa opening spring ug contact spring gi-measure batasan sa motion stroke sa permanent magnet mechanism, ug ang counterforce curve gi-plot batasan sa specific data. Ang detalyado nga counterforce equivalence points makita sa Table 1.

4 Simulation Model Establishment

Ang dynamic characteristics sa direct-acting permanent magnet mechanism gi-solve pinaagi sa finite element method (FEM). Ang basic principle sa FEM mao ang pag-discretize sa continuous solution domain ngadto sa finite number of elements interconnected sa nodes. Pagkahuman sa individual element analysis, gi-perform ang global assembly, ug gi-apply ang boundary conditions, ug ang final solution makakuha pinaagi sa computer computation. Sa karon nga pag-aaral, ang Ansoft finite element simulation software gigamit aron makabuo og simulation model sa permanent magnet mechanism, ug ang material parameters sa iyang components gi-set. Ang permanent magnet material gi-define as NdFe35, ug ang yoke material as steel-1010.

Sulod, ang coil parameters gi-assign: ang charging voltage sa capacitor mao 110 V, ang capacitance mao 0.047 F, ang coil DC resistance mao 5 Ω, ang number of turns mao 500, ug ang inductance mao 0.0143 H. Tungod kay ang direct-acting permanent magnet mechanism mao ang single-stable type, ang opening operation gi-drive pinaagi sa opening spring force. Taliwala, langgam nga reverse current ang kinahanglan aron mogenerate og reverse magnetic flux aron makansela ang flux giproduce sa permanent magnet, mahimong mobulag ang mechanism sa counterforce sa spring. Aron makurta ang required reverse magnetic flux, pagkahuman sa extensive simulation ug testing, gi-add ang 5 Ω DC resistor sa series sa opening drive circuit.

Hinumdumi, ang surface ug solid modeling ug meshing gi-perform sa permanent magnet mechanism. Ang relatively dense mesh gi-apply sa key magnetic components sama sa moving core, magnetic end caps, yoke, ug permanent magnet, samtang ang coarser mesh gi-gamit sa non-magnetic parts.

5 Analysis of Simulation and Experimental Results

Ang electrical ug mechanical characteristics sa direct-acting permanent magnet mechanism gi-analyze pinaagi sa pag-combine sa Ansoft simulations ug actual product tests, nagfocus sa closing ug opening current ug stroke characteristics. Ang Figure 5 nagpakita sa simulated closing current curve, adunay peak current nga 13.2 A. Ang Figure 6 nagpakita sa oscilloscope-measured closing current, adunay measured peak nga 14.2 A. Ang Figure 7 nagpakita sa simulated closing stroke curve, adunay closing speed (average speed sa last 6 mm before contact closure) nga 0.8 m/s. Ang Figure 8 nagpakita sa oscilloscope-measured closing speed, nga 0.75 m/s. Ang resulta nagpakita nga ang closing mechanical characteristics sa gipang disenyo nga direct-acting permanent magnet mechanism alang sa solid-insulated ring main unit nakapulbi sa requirements sa switchgear, ug ang error sa pagitan sa simulation ug experimental results naka-fall sa acceptable design range.

6 Conclusion

Kini nga paper nagdisenyo og direct-acting permanent magnet mechanism alang sa solid-insulated ring main units. Ang closing ug opening currents ug mechanical stroke characteristics sa mechanism gi-analyze ug gi-compare pinaagi sa computer simulation ug actual product testing. Ang resulta nagpakita nga ang established dynamic characteristic simulation model makapulbi isip theoretical basis alang sa practical permanent magnet mechanism design. Ang direct-acting permanent magnet mechanism maayo nga suited para gamiton sa solid-insulated ring main units, adunay low drive current ug excellent mechanical performance sama sa closing ug opening speeds, fully nakapulbi sa technical requirements. Kini usab naghatag og technical foundation alang sa future development sa high-voltage synchronous phase selection switches.